南疆鐵路石質(zhì)地帶接地系統(tǒng)方案探討

朱毅

摘 要：如何降低接地電阻是一個(gè)復(fù)雜的問題，南疆線石質(zhì)地帶采用等離子電極并結(jié)合深井法，以更易實(shí)施更經(jīng)濟(jì)的方式取得了良好的降阻效果。

關(guān)鍵詞：南疆鐵路；石質(zhì)地帶；接地電阻；等離子電極；深井施工

隨著鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，區(qū)間設(shè)備越來越多，接地系統(tǒng)對于保障設(shè)備安全運(yùn)行起到了極為重要的作用。接地系統(tǒng)不良，設(shè)備受干擾嚴(yán)重，無法正常工作；雷電流泄放不暢，威脅設(shè)備及人身安全，影響鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)。

以南疆鐵路為例，根據(jù)鐵路沿線土壤電阻率測試報(bào)告，土壤模型5m深的土壤電阻率為8600Ω·m。依據(jù)人工垂直接地體的簡化計(jì)算公式R=kρ（Ω）。式中k為簡化計(jì)算系數(shù)，它與接地體的材料直徑（或等效直徑）、接地體的長度及埋深有關(guān)；而ρ值為土壤電阻率，干旱、半干旱、石質(zhì)地帶ρ值，其接地電阻一般都在kΩ～MΩ。如何降低接地電阻目前已成為工程建設(shè)的難點(diǎn)之一，增加地網(wǎng)的埋設(shè)深度、利用深孔爆破接地技術(shù)、自然接地體、局部換土、深井接地、擴(kuò)大接地面積和采用兩層水平接地網(wǎng)等等也都有一定的可行性。因此關(guān)鍵點(diǎn)就在于如何在建設(shè)難度、投資等方面找到契合點(diǎn)以達(dá)到降阻效果。

根據(jù)測量時(shí)天氣和土壤情況，取季節(jié)系數(shù)1.5，則ρ=1608.6Ω·m。采用傳統(tǒng)經(jīng)典水平復(fù)合接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，主邊緣閉合的50×5熱鍍鋅扁鋼，計(jì)算出接地網(wǎng)總面積S=12350m2，水平接地極總長度L=5440m，水平接地極埋深為0.8m，50×5扁鋼半徑為0.025m，地網(wǎng)主邊緣長度L0=598m。

計(jì)算分析，采用上述方法R≤4.6458Ω，不滿足R≤4Ω設(shè)計(jì)規(guī)范要求，故傳統(tǒng)經(jīng)典水平復(fù)合接地網(wǎng)設(shè)計(jì)還需采用深埋、換填土等方法來進(jìn)一步降低電阻率。

根據(jù)接地規(guī)范要求及以上接地電阻的計(jì)算結(jié)果，接地電阻值不能超過4Ω。由于5m層土壤電阻率較高，若接地電阻降的很低所需費(fèi)用很大。綜合以上規(guī)定和計(jì)算結(jié)果，擬降接地裝置的電阻值降至4Ω。根據(jù)接地裝置的接地電阻RW與接地網(wǎng)面積的平方成反比的原理，欲將RW從4.6458Ω降至4Ω，那么接地網(wǎng)的面積要增加現(xiàn)在接地網(wǎng)面積的1.57倍，因此可供選擇比較的降阻措施主要有以下幾項(xiàng)：

（1）采用水平地網(wǎng)灌注降阻劑及外加深井

水平接地網(wǎng)灌注降阻劑

需用降阻劑20kg/m，總共需要約20×5440=108.8噸。

采用灌注降阻劑深井接地極

鐵路沿線5m、10m、15m層的土壤電阻率分別為813.05Ω.m、667.81Ω.m和582.796Ω.m。在計(jì)算深井接地體時(shí)接地電阻時(shí)，上層土壤電阻率取5m層土壤的電阻率值，即1068.33Ω·m，下層取15m層土壤的電阻率值來進(jìn)行計(jì)算。采用D50鋼管，D=0.05，灌注降阻劑后D=0.15。井深為15m時(shí)，即L=15時(shí)，單個(gè)深井電阻值為：

采用n個(gè)灌降阻劑深井接地極后，工頻接地電阻為：

（2）單獨(dú)采用深井灌注降阻法

由于15m層土壤電阻率相對較小，因此可以考慮水平接地網(wǎng)不灌注降阻劑

而單獨(dú)用深井（灌注降阻劑）來降低接地裝置的電阻。

Rc的值已經(jīng)在上面求出，Rc=19.21Ω

除以屏蔽系數(shù)0.7：Rc/0.7n Ω。

采用n個(gè)灌降阻劑深井接地極后，工頻接地電阻為：

（3）電解地極處理

查廠家資料，選取電解地極套數(shù)為：

所以該處接地需要電解電極18套。

因此接地系統(tǒng)可采用以下三種方案

方案1：采用水平地網(wǎng)灌注降阻劑及外加深井方法。需要降阻劑108噸，還需要打10m深井9口，需要D50鋼管90m和熱鍍鋅接地扁鋼（50×5）180m。

方案2：單獨(dú)采用深井灌注降阻劑方法。需要打15m深井29口，D50鋼管660m和熱鍍鋅接地扁鋼（50×5）440m，降阻劑1.4噸。

方案3：用等離子電極方法需要等離子電極18套，5m深井9口，降阻劑0.4噸。

綜合上述由于方案三從工程合理性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等方面考慮為降阻最佳方案。

如何降低接地電阻是一個(gè)復(fù)雜的問題，不能僅從一個(gè)方面考慮，要根據(jù)各個(gè)工程的不同情況可以選擇適合的降阻措施，而各種方法不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的實(shí)際效果。石質(zhì)地帶接地使用IEA接地材料，并結(jié)合深井法，可在高電阻地帶，以更易實(shí)施更經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)降低接地電阻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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